Более века физика прекрасно уживалась с двумя соседями по комнате, которые отказываются разговаривать друг с другом: общей теорией относительности и квантовой механикой. Теория Эйнштейна рассматривает гравитацию как искривление пространства-времени, а квантовая механика управляет крошечными частицами. Обе отлично работают в своих областях, но попробуйте их объединить — и вы получите интеллектуальный аналог синего экрана смерти, особенно вблизи черных дыр, темной материи, темной энергии и всего этого «почему мы здесь».

Команда под руководством Флориана Нойкарта из Лейденского университета размышляла над способом преодолеть этот разрыв, и их идея освежающе проста: считать информацию, а не материю, энергию или даже само пространство-время, самым фундаментальным ингредиентом Вселенной. Они называют это квантовой матрицей памяти (QMM), и она утверждает, что пространство-время — это не гладкий континуум, а решетка крошечных ячеек, каждая из которых способна хранить квантовый отпечаток каждого взаимодействия, которое через нее проходит: частицы, силы, плохой вибрации вашего соседа. Другими словами, Вселенная не просто происходит; она делает заметки.

Всё это выросло из парадокса информации черной дыры, который является способом физики сказать: «что-то должно уступить». Теория относительности утверждает, что всё, что падает в черную дыру, исчезает навсегда; квантовая механика говорит, что информация никогда не может быть уничтожена. Решение QMM: когда материя падает внутрь, окружающие ячейки пространства-времени записывают ее отпечаток. Когда черная дыра в конце концов испаряется, информация уже была сохранена — как космическое облачное хранилище, которое предшествовало облаку.

Команда формализовала это с помощью так называемого оператора отпечатка — обратимого правила, которое обеспечивает сохранение информации. Они начали с гравитации, затем поняли, что сильные и слабые ядерные силы также оставляют следы в пространстве-времени. Они даже расширили это на электромагнетизм (статья в настоящее время проходит рецензирование — так что неофициально официально). Простое электрическое поле, как оказалось, изменяет состояние памяти ячеек пространства-времени. Это привело их к более широкому принципу, который они называют дуальностью геометрии и информации: форма пространства-времени зависит не только от массы и энергии, как учил Эйнштейн, но и от того, как распределена квантовая информация, особенно через запутанность — ту жуткую связь, когда две частицы могут быть связаны через световые годы.

Этот сдвиг имеет драматические последствия. В одном исследовании (также на рецензировании) скопления отпечатков ведут себя точно как темная материя — группируются под действием гравитации и объясняют, почему галактики вращаются с неожиданно высокими скоростями, не требуя экзотических новых частиц. В другой статье они показали, как может возникать темная энергия: когда ячейки пространства-времени насыщаются — представьте их как заполненные жесткие диски — они не могут записывать новую информацию, поэтому вносят остаточную энергию, имеющую ту же математическую форму, что и космологическая постоянная. Размер совпадает с наблюдаемой темной энергией, что предполагает, что темная материя и темная энергия — две стороны одной информационной монеты. Аккуратно.

Но что происходит, когда память пространства-времени полностью заполняется? Их последняя статья, принятая к публикации в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, указывает на циклическую Вселенную, которая отскакивает, а не коллапсирует в сингулярность. Каждый цикл расширения и сжатия добавляет энтропию в реестр; когда предел достигнут, накопленная энтропия вызывает обращение — отскок — ведущий к новой фазе расширения. Модель предполагает, что Вселенная уже прошла через три или четыре цикла, причем осталось менее десяти. После этого информационная емкость пространства-времени полностью насыщается, и Вселенная вступает в финальную фазу замедляющегося расширения. Это определяет истинный «информационный возраст» космоса примерно в 62 миллиарда лет, а не 13,8 миллиарда нашего текущего расширения.

Звучит как чистая теория? Они уже протестировали части QMM на современных квантовых компьютерах, рассматривая кубиты как крошечные ячейки пространства-времени. Используя протоколы записи и извлечения, основанные на уравнениях QMM, они восстановили исходные квантовые состояния с точностью более 90%.